坚硬顶板特厚煤层综放工作面切顶卸压技术研究与应用

针对坚硬顶板特厚煤层综放工作面初采期间矿压显现强烈、顶煤不易垮落、冒放性较差,以及回采期间小煤柱临空巷道变形严重、维护困难的情况,通过采用初采前切眼爆破放顶、回风巷爆破切顶卸压、胶带巷水力致裂的综合矿压治理措施,使得工作面初采以及正常回采期间矿压显现显著减弱、巷道变形减小、两端头悬板能及时垮落、顶煤回收率明显提升,为本工作面及相邻工作面回采创造有利条件。现场实践表明该方法可以有效解决坚硬顶板特厚煤层综放开采的强矿压显现问题。     

工作面超前支护段强动压巷道围岩应力优化技术研究

以芦子沟矿3107特厚煤层综放工作面为工程背景,应用数值模拟分析了3107工作面采动阶段煤柱侧帮围岩应力动态变化特征,巷道煤柱侧帮围岩受采动影响强烈。理论分析了回采巷道强动压显现机理,基于此,提出强动压巷道顶板大深度预切缝卸压技术,并阐述了其技术原理。预切缝后,沿空巷道超前支护段围岩应力降低,侧向支承压力峰值位置向工作面中部移动,沿空巷道超前支承压力峰值位置向工作面推进方向前移,能够有效改善超前支护段巷道围岩应力状态。数值模拟及现场实测结果表明预切缝后超前支护段巷道围岩稳定,巷道变形量减小,矿山压力显现缓和。     

特厚煤层综放开采邻空动压巷道围岩变形机理及卸压控制

受工作面采动叠加影响,特厚煤层综放开采邻空动压巷道极易发生冲击地压、巷道大变形等强矿压显现现象,是采掘过程中的重点防控区域。以榆神矿区曹家滩矿井特厚煤层综放开采为工程背景,分析了邻空动压巷道强矿压显现机理,研究了邻空巷道围岩倾向和走向支承压力分布力学机制,提出于邻空巷道进行定向张拉爆破切顶卸压巷道围岩控制,并运用数值模拟及现场试验等方法对该技术的作用效果进行了综合研究。结果表明,特厚煤层综放开采条件下,工作面开采大空间采空区长悬臂结构断裂后形成台阶岩梁块体长度较大,其滑落失稳或关键层失稳均会引发强动压,该动压作用在煤柱上并进一步传递至超前区邻空巷道围岩是造成底鼓大变形的主要原因。于邻空巷道内进行定向切顶卸压后,可减弱本工作面后方采空区顶板与煤柱间的承压,邻空巷道围岩应力向远离巷道方向转移,应力峰值降低,应力范围减小。现场开展了不同切顶方式下的现场工程试验,基于定向张拉爆破的深孔切顶卸压技术可有效减小特厚煤层工作面端头区邻空动压巷道的围岩压力,定向切顶后邻空动压巷道超前支架平均荷载降低11%,巷旁煤柱体应力峰值降低10%,巷内底鼓严重段平均变形减小65%,有效提高了巷道稳定性,为特厚煤层...     

特厚煤层综放开采大空间采场覆岩结构及作用机制

针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放开采时工作面易出现压架、临空巷道超前区域变形、破坏严重等强矿压显现问题,采用理论分析、物理模拟及现场实测等方法,建立了特厚煤层开采大空间采场岩层结构演化模型。结果表明：特厚煤层综放开采覆岩远、近场关键层运动都可能会对采场矿压产生影响,近场关键层为“竖O-X”破断的“悬臂梁+砌体梁”结构,远场关键层为“横O-X”破断的“砌体梁”结构模型。近场关键层结构主要影响工作面支架压力及其稳定性,近场关键层结构中,以“悬臂梁”结构破断运动的关键层层数越多,对支架安全越不利;远场关键层结构则主要对工作面临空侧巷道变形产生影响,其破断块体的回转运动对临空侧巷道围岩产生径向挤压作用,是造成巷道超前底臌的主要原因。据此开发了基于地面钻孔压裂与井下顶板预裂相结合的远、近场协同弱化的坚硬顶板预控技术,将有效降低岩层破断的能量释放和关键层结构失稳的压力传递,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。     

韩家洼矿坚硬顶板综放工作面矿压监测结果与分析

文章以韩家洼矿特厚煤层坚硬顶板赋存的22203综放工作面作为工程背景,采用现场矿压监测研究方法,分析得出了综放工作面顶板矿压显现规律,并分析评价了综放工作面液压支架适应性,研究成果可为该矿特厚煤层坚硬顶板条件下综放工作面的安全高效生产提供理论依据。     

孤岛综放工作面沿空掘巷围岩变形因素研究

基于孤岛工作面地质条件、开采工艺及原始矿压显现规律,运用关键层理论研究两侧极不充分采动条件下基本顶关键层效应对巷道围岩稳定性的影响,并通过数值模拟软件UDEC,详细分析了煤层硬度、基本顶断裂位置、护巷煤柱尺寸及孤岛工作面开采等因素对综放沿空掘巷顶板垂直应力分布和围岩变形特征的影响,并指出沿空掘巷支护重点。     

彬长矿区坚硬特厚煤层综放面矿压显现特征

为了确保矿区坚硬特厚综放开采条件下安全生产,采用物理相似模拟和现场观测的方法,对综放工作面覆岩移动、矿压显现特征进行了分析研究,总结了坚硬特厚综放工作面矿压显现特征.研究结果表明,工作面来压过程中覆岩破坏范围大,支架载荷较大并具有一定的瞬时冲击性,矿压显现剧烈.可为坚硬特厚煤层综放工作面矿压显现规律的认识和顶板管理提供借鉴.     

坚硬厚基本顶特厚煤层综放沿空掘巷煤柱宽度与围岩控制

以马道头矿坚硬厚基本顶特厚煤层综放开采为背景,基于内外应力场与极限平衡理论确定基本顶板沿空巷道侧方断入煤体深度约17 m。进而建立周期破断高低位直角关键块体稳定性力学模型,求解得出马道头矿井生产地质条件下高位关键块体失稳低位稳定。基于沿空巷道侧方覆岩结构及稳定性,揭示不同煤柱宽度条件下巷道围岩应力环境,明确8211综放工作面5211区段回风平巷合理煤柱宽度为8 m。最后给出针对坚硬厚基本顶特厚煤层综放窄煤柱沿空煤巷的"锚索-槽钢组合结构+不对称锚索桁架结构+帮部高强度锚杆索与双层金属网组合+底板卸压槽+煤柱注浆+水力切顶"的联合控制技术。现场实践结果表明,8 m窄煤柱及综合控制技术在掘采过程中有效地控制了沿空煤巷围岩稳定性。     

特厚煤层坚硬顶板孤岛工作面综放开采技术研究

为解决特厚煤层坚硬顶板大采高综放孤岛工作面回采过程中遇到的强矿压问题,以同忻矿8102工作面为背景,模拟分析了孤岛工作面开采过程中的应力分布状况,依此为基础提出了以"小煤柱沿空掘巷+高工作阻力液压支架+坚硬岩层地面水力致裂+巷道卸压"为核心的孤岛工作面安全生产技术保障体系,并通过现场实测验证了保障体系的合理性。现场应用表明:21000kN高工作面阻力液压支架支护能力富余量大,适应效果良好;巷道采用6m小煤柱沿空掘巷,回采期间顶底板最大移近量为700mm,两帮最大移近量为1020mm,巷道围岩变形可控,满足工作面实际生产需求。     

千米深井大倾角煤层综放采场矿压显现实测研究

针对开滦赵各庄矿3237深部大倾角综放工作面的矿压显现和围岩活动规律进行了全面的实测研究,通过多种观测手段和研究方法,获得了大量的观测数据,初步掌握了大采深大倾角厚煤层条件下综放开采工作面矿压显现的基本规律与顶板的运移特征,得出了大采深与大倾角回采巷道变形与支承压力的分布特征.     

弱黏结顶板厚煤层综放开采覆岩移动及 矿压控制研究

弱黏结厚煤层综放开采过程中,覆岩变形垮落及矿压显现特征对其安全高效开采具有重要的影响。在构建弱黏结顶板综放工作面散体拱结构模型的基础上,分析了综放工作面覆岩结构动态演化机制,给出了弱黏结顶板综放工作面支架工作阻力计算方法;并运用相似模拟和数值模拟等方法分析了弱黏结顶板厚煤层综放开采采场围岩变形破坏及应力分布演化特征,提出了覆岩散体拱结构的拉伸-压缩复合失稳、剪切失稳等失稳模式。工程实践表明,优化采放工艺能改善顶板受力环境,有效控制顶板变形破坏过程,降低矿压显现对工作面开采的影响。     

厚煤层沿空动压巷道锚网支护技术

针对厚煤层综放工作面开采与沿空掘巷形成的采动及采空区交错重复动压影响问题,结合付村煤业有限公司3上408综放工作面的开采特征,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了厚煤层沿空动压巷道围岩变形特征,并提出锚梯网(锚索)联合支护方案,通过对厚煤层沿空巷道锚杆应力、围岩变形实测,结果表明:厚煤层沿空巷道宽度收缩率为1.4%,高度收缩率仅为1.2%,达到围岩控制要求,保证巷道正常使用。     

厚煤层综放临空巷道围岩稳定性分析及支护技术研究

针对厚煤层综放临空巷道矿压显现剧烈的问题,以塔山矿5210沿空巷道受一次和二次采动影响下产生严重底鼓、围岩变形大、支护体疲劳失效的工程背景,通过现场观测和分析,得到了矿压显现剧烈的原因。高水平应力使巷道两帮煤柱对底板挤压,底板受拉与受压应力不平衡是造成底板岩层破坏和强烈底鼓的主要原因;锚杆长度不足,导致松动圈未能被有效加固是围岩产生大变形的原因;支护体失效的原因是随着工作面推进,老顶断裂产生的支承压力使得其发生疲劳失效。基于分析结果提出了"底板卸压法+长短全锚索加强支护+角锚索"的支护技术。现场试验结果表明,应用新提出的支护技术,超前支护段底鼓量平均减少了250mm,两帮及顶板变形量减少了100mm左右,支护体失效的情况显著减少,证明围岩控制得到了显著改善。     

坚硬顶板条件下采动煤巷围岩控制技术研究

某矿开采石炭系5#层,煤层厚度大、顶底板坚硬等特点,在采用综放开采的过程中普遍存在采场压力大,矿压显现剧烈,煤巷维护困难等突出问题。为探明该矿回采巷道变形破坏的根本原因,通过对采动煤巷围岩应力状态进行现场检测,根据检测结果分析了坚硬复杂顶板条件下煤巷围岩变形破裂演化规律,通过FLAC3D数值模拟验证了巷道支护效果,为巷道支护提供了理论依据。     

采空区下特厚煤层综放开采回采巷道矿压显现规律实测分析

为解决采空区下特厚煤层综放开采回采巷道矿压显现强烈的问题,以国投塔山煤矿3-5~#煤层30501工作面为工程背景,在采矿学、矿压相关理论的指导下,综合运用多种现场实测的方法,对工作面两巷不同位置处的煤柱应力分布、锚杆(索)工作载荷、巷道围岩裂隙及松动圈发育、巷道变形等规律进行了深入的监测分析。分析结果充分揭示了采空区下特厚煤层综放开采不同位置处回采巷道强矿压显现的诱发机理。     

特厚煤层综放开采矿压显现规律的采厚效应研究

针对特厚煤层综放工作面矿压显现强烈,且对于矿压显现与煤层采厚间关系认识不足的问题。以芦子沟煤矿3106特厚煤层综放工作面为背景展开研究,首先对采厚为17 m和30 m两种特厚煤层高强度开采条件下支架工作阻力进行了监测分析,研究结果表明:2种条件下矿压显现规律具有一定的相似性。通过室内物理相似模拟试验建立了2种采厚条件下大空间采场覆岩结构力学模型,并分析了其对矿压显现的作用机制,指出采厚30 m时覆岩呈"下位直接顶悬臂梁-上位直接顶简支梁-基本顶铰接岩梁"的结构特征,使得直接顶和基本顶回转变形对支架作用力不增反减,导致矿压显现规律并没有随煤层厚度增加而变得强烈。     

特厚煤层坚硬顶板初次破断特征的力学分析

为了揭示特厚煤层综放工作面坚硬顶板破断与矿压显现的力学机制,基于材料力学与岩石力学等理论,建立了特厚煤层综放开采坚硬顶板初次破断力学分析模型,分析了特厚煤层综放开采坚硬顶板中弯矩的分布情况,推导了坚硬顶板超前破断位置与初次破断距的解析公式,系统研究了煤层厚度、顶板厚度、顶板弹性模量、顶板强度等关键因素对顶板初次破断特征的影响规律。结果表明:特厚煤层综放工作面坚硬顶板的初次破断距与煤层厚度呈负相关的关系,而与顶板厚度、顶板弹性模量、顶板强度呈正相关的关系。在此基础上,开展了山西韩家洼煤矿特厚煤层22203综放工作面矿压规律的现场监测,并将理论分析结果与现场监测数据进行对比分析,两者基本吻合。     

特厚煤层大采高综放工作面小煤柱沿空掘巷技术应用

以特厚煤层大采高综放工作面为研究对象,分析了特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征,提出了大采高综放工作面开采后,采空区端部存在三角滑移区结构合稳定的应力降低区,有利于小煤柱沿空掘巷的布置和小煤柱巷道维护;根据采空区上覆岩层运动特征及时空关系,确定了小煤柱沿空掘巷的合理位置及时间;在塔山矿一侧采空一侧实体煤、麻家梁孤岛工作面和同忻矿上煤层遗留煤柱下孤岛工作面等不同条件下实施小煤柱沿空掘巷。结果表明,与同等条件下的大煤柱相比,小煤柱沿空掘巷降低了巷道变形量,改善了巷道维护状况,提高了煤炭资源回采率,技术经济效益明显。     

特厚煤层综放工作面小煤柱留设技术研究

挖金湾煤矿开展了特厚煤层综放工作面小煤柱留设技术研究,确定了8102沿空巷沿空侧煤柱宽度为8 m。实践效果表明,小煤柱留设技术具有改善沿空巷道应力集中的效果,使得巷道处于低应力区,避免了矿压显现导致的巷道变形、冒顶、底鼓问题,减少了宽煤柱导致的煤炭资源损失。     

厚煤层邻空巷道动力冲击机理及控制技术

针对大同矿区厚煤层坚硬顶板条件下,综放工作面邻空巷道超前支护段矿压显现强烈,并间歇性出现动力冲击现象问题,以同忻煤矿8202工作面5202巷道为研究对象,采用理论分析与现场实测相结合的方法,对邻空巷道动力冲击发生机理进行研究。研究结果表明:厚煤层坚硬顶板条件下,8203工作面采空区边界上覆各岩层形成倒台阶组合悬臂梁结构,在双向叠加支承压力作用下,高位悬臂梁的破断失稳是造成邻空巷道5202巷动力冲击现象的根本原因,基于此利用定向高压水力致裂技术,对区段煤柱上覆的1号、2号亚关键层提前预裂,使高应力沿8202工作面推进方向发生转移。微震监测结果表明,水力致裂后5202巷道超前支护段动力冲击现象显著减弱,取得了良好的效果。